JP2018092032A - 偏光解消素子 - Google Patents
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Abstract
Description
Nz=(Rth/Re)+0.5
で表されるNz係数について、波長450nmのときのNz係数をN450、波長550nmのときのNz係数をN550としたとき、
N450<N550
が成り立つように構成することができる。
Δn450<Δn550<Δn650
の関係であるものとすることができる。
そしてその厚さは10μm〜1000μmで構成することができる。
すなわち、液晶層12では、1の位相差領域と他の位相差領域とが特定の周期を有することなく入り混じってむらがあるように混在している状態である。
このような液晶層12によれば、所定の偏光状態にある入射光の当該偏光状態を変換して非偏光状態として出光することができ、偏光解消素子としてその基本的機能を発揮することができる。より詳しくは後で説明する。
Δn450<Δn550<Δn650
の関係とすることもできる。すなわち、可視光領域において短波長側から長波長側にかけて位相差が大きくなる波長分散性(逆分散性)を有している液晶層とすることができる。
従来において、逆分散性の材料としては、フルオレンを用いたポリカーボネート共重合樹脂が知られているが、これを用いると部材が厚くなってしまう。
液晶材料についてみると逆分散性を有する重合性液晶化合物が挙げられる。しかしながら、このような重合性液晶化合物では薄膜化は可能になるが、正分散性材料よりコストが高く、広く製品を供給する観点から問題がある。これに対して、上記構成とすることにより、逆分散性の液晶材料とすれば、コストを抑えつつも色味のつかなく、より薄い偏光解消素子とすることができる。
例えば、正面位相差をRe、厚み位相差をRthとしたとき、Nz係数は、
Nz=(Rth/Re)+0.5
で表されるが、本形態の偏光解消素子では、波長450nmのときのNz係数であるN450と、波長550nmのときのNz係数であるN550との間で、
N450<N550
とすることも可能である。
このように偏光解消素子では、従来の液晶層の特性の範囲を超えて位相差を制御することも可能であり、設計自由度の高い偏光解消素子となる。
また、可撓性を有する材料により構成することができるので、素子に可撓性を持たせ、偏光光学素子10を適用する対象の形状に対して柔軟に対応することが可能である。
位相が揃った(所定の偏光状態にある)光が偏光解消素子10に入射する。その際、この光は液晶層12を透過する。
ここで、本形態の偏光解消素子10では、液晶層12において、図2に示したように、領域A及び領域Bの少なくとも2つの異なる位相差を有する領域が混在している。従って、本形態の偏光解消素子10では、位相が揃った(所定の偏光状態にある)光が偏光解消素子10を透過した結果、2種類の位相差を有する光となり、単一の位相差(偏光)状態を解消することができる。
図3からわかるように、領域Aにおける透過率の特性と、領域Bにおける透過率の特性と、を合成した透過率が偏光解消素子10の全体の透過率となるので、波長ごとの透過率が一定(例えば0.5付近)となるように調整すれば、波長による透過率の偏りを抑制した透過率特性を有する素子とすることができる。
これにより偏光解消素子10では可視光域における波長による透過率の差を抑えることができ、色の変化を抑制しつつ光を透過することが可能となる。すなわち、偏光解消素子10を画像表示装置やサングラス等に用いた場合でも、オリジナルの画像の色からの色の変化を抑えて観察者に提供することができる。従って、従来の偏光解消素子において透過光における色の変化が問題となることがあったが、このような課題に対して、本発明により解消することが可能となる。
従来の技術では、素子内を斜めに進行した光が他の位相差領域にまたがって進んでしまうため、予定した位相差状態を得られなかったり、色の変化が生じたりしてしまう。従ってこのような設計どおりの位相差状態及び色変化を精度よく実現する課題に対しても本発明の偏光解消素子により、当該課題を解決することができる。
なお、基材11の面に配向膜を積層し、ここに上記組成物を塗工してもよい。配向膜を構成する材料は公知のものを適用することができる。
すなわち、配向温度の異なる複数種類の液晶材料(本形態ではポジティブAの特性を有する液晶材料と、ポジティブCの特性を有する液晶材料)を混ぜて冷却することで、配向状態が変化する起点となる部位が生じてここから配向状態の変化が始まる。そして配向状態が変化する当該起点となる部位はランダムに発生する。
例えば、冷却過程の温度履歴等によりこの配向状態を制御することができる。
また、複数種類の液晶材料の配合比率を変えることにより配向状態の変化の速度を変えることも可能である。
また、冷却速度を変えることにより配向状態が変化する起点となる部位の数を制御することができる。冷却速度を大きくすることにより起点となる部位の数を多くすることが可能である。
このように、冷却のための温度制御と、複数種類の液晶材料の配合比率制御をすることにより、位相差が異なる領域を上記まだら模様のように得ることができる。
このような偏光解消素子は、基材11のうち液相層12が積層される側の面に剥離をしやすくする処理(例えば離型材の塗工)を施しておき、基材11に液晶層12を塗工して硬化した後に、基材11を剥離することにより作製することができる。
通常の液晶表示装置では、該液晶表示装置から出射される光は液晶パネルの性質上、所定の偏光状態となっているので、偏光サングラスをかけて通常の液晶表示装置による画面を見た場合、画像がほとんど見えないことがある。これに対して液晶表示ユニット2の出射側に偏光解消素子10を配置して液晶表示装置1を形成すれば、観察者は偏光状態が解消された映像光を見ることができるので、例えば偏光サングラスをかけた状態でも映像を見ることができる。
液晶表示ユニット2には、公知の通り、液晶からなる層と、該液晶からなる層の表裏(光源側と観察者側)のそれぞれに偏光板と、が配置されている。これら偏光板のうち観察者側に配置されている偏光板を準備し(偏光板a)、さらにこの偏光板aと平行な透過軸を有する他の偏光板を準備し(偏光板b)、偏光板aと偏光板bとの間に偏光解消素子10を配置する。このとき、偏光解消素子10の光軸が偏光板aの吸収軸に対して正面からみて45度となるように設置する。
このような偏光板a、偏光解消素子10、及び偏光板bの積層体に対して偏光板a側から光を照射し、出光側にて分光光度計で測定したとき、可視光領域である波長380nm以上780nm以下の範囲において、いずれの波長でも透過率が0.2以上0.8以下であることが好ましい。より好ましくはいずれの波長でも透過率が0.3以上0.7以下、最も好ましくは0.4以上0.6以下である。
このような偏光板a、偏光解消素子10、及び偏光板bの積層体に対して偏光板a側から光を照射し、出光側にて分光光度計で測定したとき、可視光領域である波長380nm以上780nm以下の範囲において、いずれの波長でも透過率が0.2以上0.8以下であることが好ましい。より好ましくはいずれの波長でも透過率が0.3以上0.7以下、最も好ましくは0.4以上0.6以下である。
11 基材
12 液晶層
Claims (8)
- 入射した光に対して複数の位相差を与えて出射する偏光解消素子であって、
少なくとも2種類の異なる位相差状態を有する領域がまだら模様を形成するように混在する液晶層を備える、偏光解消素子。 - 前記液晶層は厚さが均一である請求項1に記載の偏光解消素子。
- 正面位相差をRe、厚み位相差をRthとしたとき、
Nz=(Rth/Re)+0.5
で表されるNz係数について、波長450nmのときのNz係数をN450、波長550nmのときのNz係数をN550としたとき、
N450<N550
が成り立つ、請求項1又は2に記載の偏光解消素子。 - 前記液晶層の液晶について、波長450nmにおける複屈折率をΔn450、波長550nmにおける複屈折率をΔn550、波長650nmにおける複屈折率をΔn650としたとき、
Δn450<Δn550<Δn650
の関係である、請求項1乃至3のいずれかに記載の偏光解消素子。 - 波長380nm以上780nm以下の波長範囲において、いずれの波長でも透過率が0.2以上0.8以下である請求項1乃至4のいずれかに記載の偏光解消素子。
- 吸収軸が平行な2枚の偏光板の間に、前記吸収軸に対して平面視で45°で光軸が傾くように前記偏光解消素子を配置したときに、波長380nm以上780nm以下の波長範囲において、いずれの波長でも透過率が0.2以上0.8以下である請求項5に記載の偏光解消素子。
- 厚さが20μm以下である請求項1乃至6のいずれかに記載の偏光解消素子。
- 画像を出射する画像表示ユニットと、
前記画像表示ユニットの画像出射側に配置される請求項1乃至7のいずれかに記載の偏光解消素子と、を備える表示装置。
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